KR830002803B1 - Bone char and granular activated carbon composition for decolorizing and deliming sucrose solution - Google Patents

Abstract

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Description

자당액을 탈색 및 탈회시키기 위한 골탄 및 과립상 활성탄 조성물Bone char and granular activated carbon composition for decolorizing and deliming sucrose solution

본 발명은 자당(蔗糖)액을 탈색 및 탈회(deashing:脫灰)시키는데 사용될 수 있는 과립상 활성탈 및 골탄의 조성물에관한 것이다.The present invention relates to a composition of granular activated desulfurization and bone char, which can be used to decolorize and deash sucrose liquor.

자당의 정제공정은 다음의 단위작업과 단위공정으로 분리될 수 있다. 자당 원료는 자당 정제소내의 저장기로 부터 자당 원료 저장통에 대량으로 이동된다. 정제의 제 1단계는 세당(洗糖)인바, 자당 원료결정을부착 당밀(糖蜜)의 필름을 제거하기 위해 다량의 시럽으로 처리한다. 최종의 시럽을 원심분리하여 제거하고 자당결정에 물을 분무하였다. 세척시킨 결정을 용융기에 주입하면 열수(熱水) 또는 담수(Sweet water)중량의 약반으로 용해된다. 제 2 단계는 청정(淸淨)공정으로서, 고체 불순물을 제거함으로서 원당액이 여과및 정화(淨化)된다. 이 작업중에 석회 및 이산화탄소 또는 인산의 첨가시에 유모성(柔毛性)침전이 형성된다. 이 침전물은 현탁물질 또는 콜로이드상 물질을 뭉치므로 상기 물질을 여과하여 제거한다. 유리된 불용성물질인 최종 유출물을 상당량의 용해 불순물(즉, 색소 및 회분성분)을 상당량 제거시키는 흡착 매체에 통과시킨다. 통상적으로, 이러한 용도의 흡착 메체로는 골탄이 사용되어 왔다. 현존하는 제정 작업에 널리알려지고 충분히 확립된 공정 개념과 골탄이 허용되는 질의 최종 생성물을 결정화시킬 수 있는 청정액을 얻는데 필요한 정제공정 (즉, 탈색 및 탈회)을 제공하기 때문에 골탄은 적용시에 요구되는 정도에 따라 대량으로 사용가능한 제 1 물질이기 때문에 과거에는 골탄이 광범위하게 사용되어 왔다.The purification process of sucrose can be separated into the following unit operations and unit processes. Sucrose raw material is transferred in bulk from the reservoir in the sucrose refinery to the sucrose raw material reservoir. In the first step of purification, sucrose, sucrose raw material crystals are treated with a large amount of syrup to remove the film of adherent molasses. The final syrup was removed by centrifugation and water was sprayed onto the sucrose crystals. When the washed crystals are injected into the melter, they are dissolved in about half the weight of hot water or sweet water. The second step is a cleaning process in which the raw sugar solution is filtered and purified by removing solid impurities. During this operation, a hairy precipitate is formed upon addition of lime and carbon dioxide or phosphoric acid. This precipitate is agglomerated with suspended or colloidal material, so the material is filtered off. The final effluent, the liberated insolubles, is passed through an adsorption medium that removes significant amounts of dissolved impurities (ie, pigments and ash components). Typically, bone char has been used as the adsorption medium for this purpose. Bone char is required at the time of application because it provides the refining process (ie, discoloration and deliming) that is widely known and well-established in existing enactment operations and that the charcoal is required to obtain a cleansing liquid that can crystallize the final product of acceptable quality. Bone charcoal has been widely used in the past because it is the first material that can be used in large quantities depending on the degree to which it is used.

오늘날까지도 많은 정제소에서는 자당액을 골탄에 통과시켜서 자당액을 탈색시킴과 동시에 탈회시키는 종래의 방법이 사용되고 있다. 골탄은 매체를 물로 충분히 세척한 후 탄소함량이 유지되도록 조절된 분위기에서의 402-649℃ 온도로 가열하여 재생시킨다.Even today, many refineries use a conventional method of passing sucrose liquid through bone charcoal to decolorize and simultaneously delime the sucrose liquid. The bone char is regenerated by heating the medium sufficiently to water and then heating to a temperature of 402-649 ° C. in a controlled atmosphere to maintain the carbon content.

골탄의 색소 제거 역량은 일반적으로 그의 수명을 결정하는 인자를 한정시킨다. 수명이 연장될 수 있는 경우 작업 및 기타 공정원가가 크게 절감됨을 알게 되었다.Bone charcoal's pigment removal capacity generally defines factors that determine its lifespan. It has been found that work and other process costs can be significantly reduced if their lifetime can be extended.

지금까지는, 골탄 및 활성탄이 단일상(床)으로 사용되기 위하여 직접 결합되지는 않았다. 일반적으로 골탄을 재생시키는데 필요한 조건은 활성탄을 재생시키는데불 충분하고, 활성탄을 재생시키는데 충분한 조건은 골탄을 파괴시킨다고 생각되었다. 따라서, 골탄 및 활성탄의 패조성물은 먼저그의 구성분자로 분리시키지 않고 조성물로서 재생될 수 있다고 생각되지 않았다. 또한, 골탄 정제기에 현재 사용된 장치에서의 조성물의 취급의 문제가 있었다.To date, bone and activated carbon have not been directly bonded for use as a single phase. In general, it was considered that the conditions necessary for regenerating bone charcoal are insufficient to regenerate activated carbon, and the conditions sufficient for regenerating activated charcoal destroy bone bone. Thus, it was not thought that the composition of bone and activated carbon could be recycled as a composition without first separating into its constituent molecules. There was also a problem with the handling of the composition in devices currently used in bone coal purifiers.

소위 골탄 조직(skeIeton)과 활성탄을 결함시키려는 시도가 있었으며. 폐활성탄은 재활성되기 전에 조성물에서 골탄으로 부터 분리되었다. 미합중국 특허 제 2.209,069호서는 태운 형태의 페골탄을 분말 활성탄과 결함시키고, 사용 후, 활성탄을 골탄으로 부터 수압장치로 분리시켰다.Attempts have been made to defect the so-called skeleton and activated carbon. The waste activated carbon was separated from the bone char in the composition before being reactivated. U.S. Patent No. 2.209,069 defects the burned form of pegoltan with powdered activated carbon, and after use, the activated carbon is separated from the bone char with a hydraulic device.

본 발명에서는 과립상 활성탄 및 골탄을 결합시켜 백색 자당액 및 황색 당 제조용 기타 공급액를 처리하기 위한 탈색 및 탈회 매체가 제공된다. 이 조성물은 재생 주기중에 분치할 필요가 없다. 이러한 개선된공정은 작업단가를 상당히 절약 시킴으로서 정제기에 여러가지 잇점을 제공한다. 이들 잇점에는(1)필요한공정수와 생성된 단물의 양의 현저한 감소(2) 탈색이 방해되는 정제기의 용융 용량의 증가(3) 연장된 수령에 기인하는 조성물의 재생 요구량 및 또한 고온의 공정수 및 필요량의 감소에 관련하여 감소된 에너지 소모(4) 감소된 노동단가(5) 개량된 전체 공정 제어 및 (6) 생성된 담수질의 개선이 포함된다.In the present invention there is provided a decolorizing and deliming medium for combining granular activated carbon and bone charcoal to treat white sucrose liquid and other feed solutions for producing yellow sugar. This composition does not need to be separated during the regeneration cycle. This improved process offers several advantages for the refiner by significantly saving the cost of the operation. These advantages include (1) a significant reduction in the required number of processes and the amount of produced sweet water, (2) an increase in the melt capacity of the refiner, which prevents discoloration, and (3) the demand for regeneration of the composition and also the high temperature And (4) reduced labor costs (5) improved overall process control and (6) improved freshwater quality.

본 발명을 통하여 조성물의 탈회 역량과 탈색 역량은 얼마간 동시에 소모되도록 균형이 유지될 수 있다 이 목적을 위해, 통상의 정제기상중의 통상적인 골탄의 대용물은 골탄 및 과립상 활성탄의 조성물이며, 이조성물은 활성탄을 10중량% 이상 함유하지만, 또한 조성물은 10-50중량%의 활성탄으로 구성될 수 있다 보다 바람직한 조성물은 10-30중량%의 활성탄을 포함한다. 조성물의 잔부는 필히 골탄으로 구성되지만, 필요에 따라 산화 마그네슘과 같은 pH조절제를 활성탄을 기준으로 3-8중량%를 함유할 수 있는 바, 예컨대 시럽 가공중 당시럽의 바람직하지 못한 pH 변화 및 당성분의 변화(가수분해)을 방지할 수 있는 하소(遐燒)된 마그네사이트를 함유할 수 있다. 이러한 시약 또는 다른 적당한 물질을 본 발명의 조성물에 임의로 가할 수 있으며, 시약은 활성탄에 함유시키는 것이 모다 바람직하다.Through the present invention, the deliming capacity and the decolorizing capacity of the composition can be balanced so as to be consumed at the same time for some time. For this purpose, a substitute for a conventional bone char in a conventional tablet machine is a composition of bone char and granular activated carbon. The composition contains at least 10% by weight activated carbon, but the composition may also consist of 10-50% by weight activated carbon. A more preferred composition comprises 10-30% by weight activated carbon. The remainder of the composition is essentially made up of bone char, but if necessary a pH adjuster such as magnesium oxide may contain 3-8% by weight based on activated carbon, such as undesirable pH changes and sugars in the syrup during syrup processing. It may contain calcined magnesite which can prevent changes in the components (hydrolysis). Such reagents or other suitable materials may optionally be added to the compositions of the present invention, preferably all of which are contained in activated carbon.

제한적인 것은 아니나 유동되고 또한 팽창된 상과 같은 흡착 매체를 포함하기 위하여 현재 사용되는 혹종 목탄 저장통에 골탄 대신에 상기 조성물을 사용할 수 있고, 현재 골탄용으로 사용되는 장치에서 상기 조성물을 적당히 취급할 수 있으며, 따라서 신규 자본 투자에 대한 필요성이 제거되거나 또는 최소화된다. 더우기, 조성물은 정제기에서 골탄에 대하여 사용된 표준방법으로 사전에 적셔질 수 있어 생성된 단물의 양이 골탄 작업시 생성된 량과 거의 같게 된다.The composition may be used in place of bone char in currently used charcoal reservoirs to include, but not limited to, adsorption media such as fluidized and expanded beds, and the composition may be suitably handled in devices currently used for bone char. Therefore, the need for new capital investment is eliminated or minimized. Moreover, the composition can be pre-soaked by the standard method used for bone char in the refiner so that the amount of sweets produced is about the same as the amount produced during bone char work.

골탄의 탈회 및 탈색 역량의 균형이 본 발명의 목표가 아니지만 과립상 활성탄을 가함으로서 균형을 성취시키는 발견은 현재까지는 유일한 바. 처음에 혼합물을 분리시켜 적당한 조건에서 각 성분을 개별적으로 재생시키지 않고서도 조성물로서 둘이 재생될 수 있음은 알려지지 않았다. 본 발명자들은 과립상 활성탄 및 골탄의 조성물이 재생될 수 있으며 역량의 손실없이 최소한의 5주기를 통하여 사용될 수 있음을 발견 하게 되었다.Although the balance of deliming and decolorizing capacity of bone char is not the goal of the present invention, the discovery of achieving balance by adding granular activated carbon is the only one to date. It is not known that the two can be regenerated as a composition without first separating the mixture and regenerating each component individually under appropriate conditions. The inventors have found that the compositions of granular activated carbon and bone char can be regenerated and used over a minimum of five cycles without loss of capacity.

재생공정에서, 골탄을 재생시키기 위하여 이미 장치된 혜레 쇼프(Herreshoff)로 및 레토르트(retort)형로와 같은 현존장치를 사용할 수 있다. 재생시에, 폐상을 당액을 제거하고 탈회 역량을 재생시키기 위하여세척된다. 폐상을 흡착 용기로 부터 꺼내어 흡착 매체로 부터 과량의 세척액을 배수시켰다. 습기있는 조성물을 재생로에 위치시켰다. 온도를 482-649℃ 한계내에서 작업치까지 상승시킬 수 있다.In the regeneration process, existing devices, such as Herreshoff furnace and retort furnace, which are already installed for regenerating bone char, can be used. At regeneration, the lung phase is washed to remove sugars and regenerate the deliming capacity. The lung phase was removed from the adsorption vessel and the excess wash liquor was drained from the adsorption medium. The wet composition was placed in a regeneration furnace. The temperature can be raised to working values within the limits of 482-649 ° C.

조성물의 재생은 통상 0.5-2%의 조절된 산소수준을 함유하는 가스 분위기에서 실시된다. 조절된 분위기는 연소가스 또는 증기를 가진 공기에서 통상 존재하는 산소로 대체시켜 유지될 수 있다. 젖어있거나 슬기있는 조성물을 로에서 가열시킴과 동시에 증기의 보조원을 재생 대역에 가할 수 있다.Regeneration of the composition is usually carried out in a gas atmosphere containing controlled oxygen levels of 0.5-2%. The controlled atmosphere can be maintained by replacing oxygen normally present in air with combustion gases or steam. A wet or lean composition can be heated in the furnace while adding a source of steam to the regeneration zone.

재생조건은 조성물의 본래의 탈색 영량의 최소한 90%가 재생시에 복원되는 정도의 것이다. 보통 4시간까지의 시간은 482-649℃범위의 온도에서 작동되는 다상(多床)의 로에서 충분하다. 그러나 낮은 온도에서는 9시간 까지의 긴 시간이 필요하다.Regeneration conditions are such that at least 90% of the original decoloring Young's amount of the composition is restored upon regeneration. Normally up to 4 hours is sufficient in multiphase furnaces operating at temperatures ranging from 482-649 ° C. However, at low temperatures, up to 9 hours is required.

다음 실험결과는 본 발명 조성물의 용도 및 성능을 설명한 것이다.The following experimental results illustrate the use and performance of the composition of the present invention.

골탈과, 골탄 및 순수한 과립상 활성탄의 조성물로된 두개의 평행한 2．54㎝직경 및 621.79㎝깊이의 상컬럼실험을 수행하였다. 컬럼으로 부터의 유출된 당 용액을 분광 측정기를 이용하여 420, 56O및 720nm,에서의 흡광도 및 pH, 브릭스(brix)및 전도성 회분에 대하여 색조에 대합 분석하였다. 이러한 시험은 재당업계에 허용된 다음의 분석법에 의해 수행되었다. 1주기에서 골탄 및 순수한 과립상 활성탄을 조성물에대하여 사용하였다. 621.79㎝상 깊이에서 골탄 및 과립상 활성한 조성물은 색을 제거하기 위한 골탄 시스템보다 항상 성능이 우수하였다. 대략 20% 색조 분산 수준까지, 골탄 및 과립상 활성탄의 조성들은 골탄에 의해 제공된 바의 약 2배 이상의 유효기간에 걸척 골탄만으로 얻어진 것과 동일한 유출물 색질을 생시컸다.Two parallel 2.54 cm diameter and 621.79 cm deep phase column experiments were performed with a bone shell, a composition of bone char and pure granular activated carbon. The effluent sugar solution from the column was subjected to spectrophotometric contrast analysis for absorbance at 420, 56O and 720nm, and pH, brix and conductive ash. This test was performed by the following assay, which is accepted in the art. Bone char and pure granular activated carbon were used for the composition in one cycle. Bone char and granular active compositions at depths of 621.79 cm have always performed better than bone char systems to remove color. Up to approximately 20% tint dispersion levels, the compositions of bone char and granular activated carbon produced the same effluent color that was obtained with bone char alone over about two times the shelf life provided by bone char.

회분 제기를 위한 (전도도로 측정됨)골탄 컬럼은 회분 제거 능력이 40%이상 골탈 및 과립상 활성탄 조성물보다 우수하다. 특히 621.79㎝상 깊이에서 유출물 당용액의 칼슘 수준을 또한 측정하였다. 140시간의 컬럼 공정에서. 골탄 컬럼은 골탄 및 과립상 활성탄 컬럼보다 단지 7% 더 많은 칼슘을 제거하였다.Bone charcoal columns for ash ash (measured by conductivity) have a ash removal capability of at least 40% better than bone talcum and granular activated carbon compositions. The calcium level of the effluent sugar solution was also measured, especially at a depth above 621.79 cm. In a 140 hour column process. The bone char column removed only 7% more calcium than the bone char and granular activated carbon columns.

페골탄과, 골탄 및 과립상 활성탄 조성물은 당 정제기에 사용된 다음 표준 공정에서 깨끗이되고 538℃에서 전형적인 골탄 재생조건을 사용하여 재생시켰다(부가적인 설명은 후술한다).Pegoltan and bone char and granular activated carbon compositions were used in sugar refiners and then cleaned in a standard process and regenerated using typical bone char regeneration conditions at 538 ° C. (additional details will be described later).

컬럼실험은 재생된 골탄과, 골탄 및 과립상 활성탄 조성물을 사용하여 반복하였다. 이 실험에는. 조합되지 않은 골탄 또는 골탄 및 과립상 활성탄 조성물이 사용되었다. 취급 및 재생손실의 결과로서 골탄과. 골탄 및 과립상 활성탄 시스템에 대한 총 상 깊이는 제 1주기에서의 621.79cm로 부터 제 2주기의 591.31㎝까지 감소되었다. 이렇게 감소된 상 깊이로도 골탄 및 과립상 활성탄 조성물은 골탄에 의해 제공된 바의약 1.9배의 유효기간에 걸쳐 골탄만에 의해 얻어질 바와 동일한 유출물 색조질을 제공한다. 이러한 결과는 폐 조성물이 고유탈색 역량의 최소한 95%까지 회복되도록 재생될 수 있음을 보여 주었다.Column experiments were repeated using recycled bone char and bone char and granular activated carbon compositions. In this experiment. Uncombined bone char or bone char and granular activated carbon compositions were used. Bone char as a result of handling and regeneration losses. The total bed depth for the bone and granular activated carbon system was reduced from 621.79 cm in the first cycle to 591.31 cm in the second cycle. Even at this reduced phase depth, the bone char and granular activated carbon compositions provide the same effluent color quality as would be obtained by bone char only over an approximately 1.9-fold shelf life as provided by bone char. These results showed that the lung composition could be regenerated to recover at least 95% of the autobleaching capacity.

상술한 결과는 당 탈색에 대하여 골탄 및 과립상 활성탄 조성물이 골탄 단독일 때 보다 상당히 우수하게 수행됨을 보여준다. 골탄 컬럼이 회분제거에 대해서 조성물보다 훨씬 우수하다 하더라도 칼슘 제거는단지 약간 우수할 뿐이다.The above results show that the bone char and granular activated carbon compositions perform significantly better against sugar decolorization when bone char alone. Although the bone char column is far superior to the composition for ash removal, calcium removal is only slightly better.

본 발명 혼합물의 실험실 재생은 다음 공정에 따라 수행되는 것이 바람직하다.Laboratory regeneration of the mixture of the present invention is preferably carried out according to the following process.

폐골탄 및 과립상 활성탄 조성물을 다음 표준 산업공정에 따라 물로 깨꿋이 하였다. 조성들을 실온에서 철야 공기 건조시켰다. 헤레쇼프로와 유사한 로에서 조성물을 재생시켰다. 로를 538℃로 유지하였다. 조성물을 로에 유입시킴 에 따라 온도가 538℃에서 316℃로 내려간다. 로의 온도를 538℃의 바람직한 온도로올리는데 걸리는 시간은 약20분 이었다. 조성물을 538℃에서 25분간 재생시켰다. 전체 공정중에 조절된 산소 분위기를 유지하였다. 가스(N₂중의 0.5% 0₂)유동속도는 3ι/분이었다. 재생후, 조성물을 로로 부터제거하여 밀페된 용기중에 위치시켜 공기에 노출되는 것을 최소화하였다. 실온까지 냉각시킨 후 물질을 본 발명의 공정에서 재사용하기 위해 저장하였다.The waste bone and granular activated carbon compositions were rinsed with water according to the following standard industrial processes. The compositions were air dried overnight at room temperature. The composition was regenerated in a furnace similar to Hererepro. The furnace was kept at 538 ° C. As the composition enters the furnace, the temperature drops from 538 ° C to 316 ° C. The time taken to raise the furnace temperature to the preferred temperature of 538 ° C. was about 20 minutes. The composition was regenerated at 538 ° C. for 25 minutes. A controlled oxygen atmosphere was maintained throughout the whole process. Gas (0.5% 0 ₂ in N ₂₎ flow rate was 3ι / min. After regeneration, the composition was removed from the furnace and placed in a sealed container to minimize exposure to air. After cooling to room temperature the material was stored for reuse in the process of the present invention.

본 발명에 사용된 골탄과 같은 과립상 활성탄은 8×35메쉬가 적당하고 8×35메쉬가 바람직하다. 이 말은0-5중량%의 과립상 물질은 보다 큰 미합중국 표준체에 의해 보유되고 0-5중량%는 이보다 작은 체에 통과됨 을 의미한다.Granular activated carbon such as bone char used in the present invention is suitable for 8 × 35 mesh and 8 × 35 mesh. This means that 0-5% by weight granular material is retained by the larger US standard and 0-5% by weight is passed through smaller sieves.

일반적으로, 여액중에 현탁되고 상으로부터 운반될 정도로 작지 않고 노출된 표면대역을 심하게 제한할만름 크지 않은 과립상 크기가 만족스럽다. 본 분야에 숙련된 자는 당액 여과에 대하여 보통 과립상 골탄을 사용하여 왔고, 일반적으로 과립상 활성탄은 여기에 사용된 골탄의 것과 동일한 범위의 크기를 가져야한다.In general, a satisfactory granular size is satisfactory that is not small enough to be suspended in the filtrate and transported from the bed and severely limit the exposed surface band. Those skilled in the art have usually used granular bone char for sugar filtration, and generally granular activated carbon should have the same size range as that of the bone char used herein.

바람직한 활성탄은 산화 마그네슘을 함유하며 케인소브(CANESORB^(R))의 상표명으로 구입 가능하다.Preferred activated carbons contain magnesium oxide and are commercially available under the trade name of CANESORB ^(R) .

Claims (1)

약 10-50중량%의 과립상 활성탄과 50-90중량%의 과립상 골탄의 조성물조 구성됨을 특징으로 하는 자당액을 탑색 및 탈회시키기 위한 골탄 및 활성탄 조성물.A composition comprising about 10-50% by weight of granular activated carbon and 50-90% by weight of granular bone char.